試論綜采工作面自動化采礦技術(shù)的應(yīng)用

李士忠，馬 義，李福振

（山東泉興礦業(yè)集團有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277500）

1 自動化開采技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，隨著技術(shù)的進步，我國礦山機械化開采覆蓋面達到了71.58%，但是這些數(shù)據(jù)中，薄礦層開采的機械化程度較低，嚴重制約了我國能源行業(yè)的發(fā)展。我國礦產(chǎn)資源的分布中，深層能源的分布較為廣泛，而薄礦層的產(chǎn)量僅占到全部產(chǎn)量的十分之一。我國薄礦層開采的技術(shù)比較落后，主要是采用放炮后落礦山液壓支柱支撐或利用水力來實現(xiàn)開采，但是這種開采技術(shù)的適用范圍受到薄礦層礦井空間有限性的影響，綜采工作面采礦條件惡劣，礦層頂層薄，巷道使得采礦作業(yè)的安全風(fēng)險較大，因此，應(yīng)該發(fā)展更為先進的采礦技術(shù)。當(dāng)前，我國薄礦層開采的現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在以下方面：①攝像系統(tǒng)成像的分辨率低，應(yīng)該在未來發(fā)展中提高攝像系統(tǒng)的可識別性。②切割礦物中產(chǎn)生的震動較大，極易造成采礦設(shè)備的機械元件松動或受損。③采礦系統(tǒng)的各類傳感器的可靠性有待提高，且通信系統(tǒng)有待完善，以提高自動化系統(tǒng)的運行能力與操控能力。④系統(tǒng)或設(shè)備本身的穩(wěn)定性較差，需要及時進行維修與檢查。⑤巷道窄、頂層薄的礦層開采中應(yīng)用效果有待提高。

2 薄礦層開采關(guān)鍵技術(shù)

（1）支撐技術(shù)。傳統(tǒng)的能源開采中，多使用四連桿液壓支架來實現(xiàn)采礦作業(yè)，雖然這種方式具有良好的支撐效果，但是其支架自重極大，在薄礦層開采中不適用。因此，針對這種開采情況，薄礦層開采中改進了傳統(tǒng)四連桿的支撐結(jié)構(gòu)，使其能夠具有支撐油缸和油缸兩端鉸接頂梁與底座的結(jié)構(gòu)。在這種支撐技術(shù)下，整體支撐結(jié)構(gòu)可以通過對油缸位置的控制來實現(xiàn)對頂梁狀態(tài)的控制，該種支撐結(jié)構(gòu)還可以加大支撐載荷，從而提高整體支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與加固效果。但是，這種支撐結(jié)構(gòu)對支架的自動控制需要借助于相關(guān)的紅外線發(fā)射與接收裝置，使其能夠滿足采礦機械設(shè)備位置、支架自動控制的相關(guān)要求。另外，由于采礦機械設(shè)備中線纜傳輸系統(tǒng)面臨著較為惡劣的傳輸環(huán)境，為克服這一不利條件，有必要在支撐結(jié)構(gòu)中安裝輔助攝像頭，提高其可視化操作能力，提高設(shè)備的可靠性。

（2）電控自動化技術(shù)。薄礦層與中、厚礦層相比，其開采空間更為狹小，礦層頂層薄，使得在采礦設(shè)備中，電源箱耦合器與其他的相關(guān)設(shè)備、裝置等必須進行智能重疊安裝，滿足其開采條件。當(dāng)設(shè)備安裝滿足了基本的穩(wěn)定性與可靠性條件時，就需要在開采過程中采用分散監(jiān)控模式，保證開采順利的同時，降低開采作業(yè)人員的操作風(fēng)險，提升自動化控制水平。

（3）綜采技術(shù)。薄礦層開采中，轉(zhuǎn)機滾筒的橫截面積與縱深都比較大，使得當(dāng)采礦高度在一定的條件下，需要建立相關(guān)的支護結(jié)構(gòu)，加大支撐體系構(gòu)建，在采礦作業(yè)中，支護結(jié)構(gòu)要隨著采礦機械設(shè)備的作業(yè)而進行移架。礦層的開采條件具有特殊性，能源開采空間狹小，使得在采礦過程中，當(dāng)進行采礦機器的待機維修時，需要采用電液進行集中控制，從而實現(xiàn)輸送機的成組外推。當(dāng)采礦機械維修操作結(jié)束以后，需要將刮板輸送機移至空采集區(qū)，進行后續(xù)的采礦作業(yè)安排，保證采礦作業(yè)的安全與順利進行。

（4）采礦機自動化技術(shù)。如果在薄礦層采礦作業(yè)中，采礦機如果能夠直接進入巷道，就需要使用機身較小的機械設(shè)備，避免采礦機器以斜切進刀的方式進行開采作業(yè)。傳統(tǒng)的采礦機械自動化程度低，通信系統(tǒng)不完善，使得在薄礦層開采中不能實現(xiàn)對開采作業(yè)的有效監(jiān)測與控制。隨著現(xiàn)代化采礦技術(shù)的應(yīng)用，采礦機設(shè)備與系統(tǒng)的功能更為完善，在采礦自動化系統(tǒng)中，建立了雙向通信系統(tǒng)，能夠在采礦過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、管理與控制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的精確計算，實現(xiàn)對開采設(shè)備牽引速度的科學(xué)控制。采礦設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的完善有助于提高采礦效率與質(zhì)量，但是其自動化的實現(xiàn)還需要將采礦機械設(shè)備的載波信號、輸送機信號與監(jiān)控中心進行連接，實現(xiàn)集中化控制，簡化操作，降低控制與運行成本。

3 自動化技術(shù)的應(yīng)用

（1）經(jīng)濟效益和安全效果。薄礦層綜采自動化采礦技術(shù)的應(yīng)用簡化了操作控制，大大降低了開采的安全風(fēng)險，避免了各類開采作業(yè)安全事故的發(fā)生，實現(xiàn)了礦山開采企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。自動化采礦技術(shù)的應(yīng)用，通過液壓升降架、移架、輸送機等的應(yīng)用，實現(xiàn)了遠程操作的控制與監(jiān)控，保證了安全生產(chǎn)的進行。根據(jù)相關(guān)的開采比較，自動化技術(shù)的初期投資與產(chǎn)能效益相比，螺旋采礦設(shè)備與支架支撐技術(shù)的使用，使得其期初投資是傳統(tǒng)采礦投資的1.7到2倍，促進產(chǎn)量的提高，在未來將取得良好的經(jīng)濟效益。

（2）應(yīng)用效果。薄礦層綜采自動化的實現(xiàn)，通過支撐結(jié)構(gòu)、供液系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)采礦作業(yè)的快速移架，保證安全生產(chǎn)的實現(xiàn)，促進能源開采行業(yè)經(jīng)濟社會效益的實現(xiàn)。自動化控制系統(tǒng)中的工作面遠程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠在監(jiān)控室實現(xiàn)對工作面切割、移架等作用的監(jiān)控，促進工作人員的安全生產(chǎn)，降低安全事故的發(fā)生，在一定程度上可以實現(xiàn)礦山開采企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。薄礦層有時還分布在地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地形條件特殊、有斷層存在的情況，這使得綜采自動化采礦技術(shù)的應(yīng)用具有局限性，未來還將進一步進行該技術(shù)的研發(fā)，使其在各種復(fù)雜開采條件下發(fā)揮良好的應(yīng)用效果。

（3）推廣價值。薄礦層綜采自動化采礦技術(shù)的應(yīng)用能夠提高礦山開采的效率，為礦企的發(fā)展創(chuàng)造更大的價值。通過技術(shù)的改進，可以滿足采高0.9m的要求，充分應(yīng)用斜板直行側(cè)推原理，降低輸送機的高度，提高裝載礦產(chǎn)資源效果。相關(guān)研究表明，綜采自動化技術(shù)的應(yīng)用能夠簡化采礦作業(yè)，減少采礦中的生產(chǎn)材料的使用，大大降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了生產(chǎn)的安全進行，減少安全事故的發(fā)生。遠程監(jiān)控系統(tǒng)使得推進度加快，使得其滿足采礦的基本要求，促進采礦作業(yè)的安全、高效進行。

4 綜采自動化技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢

我國地域遼闊，礦產(chǎn)資源儲量豐富，但是礦產(chǎn)資源在不同區(qū)域分布上存在較大的差異，使得在能源資源的開采上存在技術(shù)不平衡，薄礦層開采的難度大，機械化、自動化低，嚴重制約了礦企的發(fā)展，在能源開采過程中，應(yīng)該結(jié)合礦層的特點，科學(xué)選用開采技術(shù)與設(shè)備，提高開采的效率，實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展。

綜采自動化開采技術(shù)在未來應(yīng)該充分與智能化技術(shù)相結(jié)合，提升采礦設(shè)備、系統(tǒng)的可靠性，結(jié)合不同礦區(qū)的特點與技術(shù)水平，保證采礦作業(yè)的自動化、智能化的實現(xiàn)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟社會效益。

5 結(jié)語

我國礦產(chǎn)資源儲量豐富，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，能源資源需求加大，使得人們對能源開采的效率等提出了更高的技術(shù)要求，尤其是在薄礦層的開采上，應(yīng)該充分采用新型的開采技術(shù)，如綜采自動化開采技術(shù)，提升開采效率。未來新型的采礦技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，還需要加以不斷研究，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟社會效益，實現(xiàn)能源開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。